仇東旭，宋 麗，王 昊，朱妍婷

(1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司石油開發(fā)中心有限公司，山東 東營 257000)

目前聚合物驅(qū)油已成為油田開發(fā)晚期穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的主要手段，但由于油田水中含大量的金屬陽離子,特別是鈣鎂離子含量比較高，使得聚合物分子在溶液中呈卷曲構(gòu)象,溶液黏度大幅下降[1-2]。

疏水締合羥乙基纖維素(BHEC)水溶液具有良好的增黏性、耐溫抗鹽和耐剪切性等特點，可以用作聚合物驅(qū)的驅(qū)油劑。如今，聚合物驅(qū)研究最多的是部分水解聚丙烯酰胺[3-10]，而將疏水締合羥乙基纖維素作為驅(qū)油劑的研究在國內(nèi)外還未見相關(guān)報道。為了檢驗BHEC在聚合物驅(qū)中的可行性，筆者研究了疏水締合羥乙基纖維素的驅(qū)油性能，包括阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)以及驅(qū)油機理的研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料和試劑

疏水締合改性羥乙基纖維素(BHEC)，按照文獻(xiàn)[11]的方法制備，平均相對分子質(zhì)量為1.3×106，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BHEC分子結(jié)構(gòu)(R為C12～C18的烷基)

羥乙基纖維素(HEC)，工業(yè)品，德國MERCK-Schuchardt公司，平均相對分子質(zhì)量為1.3×106，分子結(jié)構(gòu)如圖2所示；NaCl，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

圖2 HEC分子結(jié)構(gòu)

實驗所用原油為遼河原油，常溫下黏度為326 mPa·s。

1.2 儀 器

Brookfield DV-Ⅱ+ Pro型轉(zhuǎn)子黏度儀，美國博力飛公司；2PBOOC型平流泵，北京衛(wèi)星制造廠；巖心管長30 cm，橫截面積4.676 cm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 BHEC水溶液的增黏性

圖3為BHEC與HEC水溶液的表觀黏度隨濃度的變化關(guān)系曲線。

圖3 BHEC與HEC溶液的濃度-表觀黏度關(guān)系

由圖3可以看出：BHEC水溶液具有表觀黏度有一個突變的現(xiàn)象，而HEC水溶液沒有，這是由于臨界締合濃度是疏水締合聚合物特有的性質(zhì)，BHEC溶液達(dá)到了其臨界締合濃度，分子鏈由以分子內(nèi)締合形式為主轉(zhuǎn)為以分子間締合形式為主，形成了超分子聚集體空間交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增大了體系流體力學(xué)體積，從而使BHEC水溶液的表觀黏度值迅速升高[12]。

2.2 阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)

2.2.1聚合物質(zhì)量濃度的影響

選取不同聚合物質(zhì)量濃度的BHEC溶液和HEC溶液，在注入速率為0.5 mL/min、滲透率為1.8 μm2、溫度為50 ℃條件下，進(jìn)行人造巖心的驅(qū)替試驗。

圖4、圖5為聚合物阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)測試曲線。由圖4、圖5可見：隨著聚合物BHEC和HEC濃度的增大，驅(qū)替阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)也不斷升高，但兩者不完全相同。當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度低于4 g/L(BHEC溶液的臨界締合濃度)時，兩種聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)相差無幾，但隨著聚合物濃度超過BHEC溶液的臨界締合濃度時，BHEC溶液不同于HEC表現(xiàn)出阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)急劇增加的現(xiàn)象。

圖4 聚合物質(zhì)量濃度與阻力系數(shù)的關(guān)系

圖5 聚合物質(zhì)量濃度與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系

2.2.2滲透率的影響

實驗選取聚合物質(zhì)量濃度為4 g/L的BHEC溶液和HEC溶液，選定注入速率0.5 mL/min，溫度50 ℃，在不同巖石孔隙介質(zhì)滲透率條件下，測定其溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

圖6和圖7為巖石孔隙介質(zhì)的滲透率對聚合物驅(qū)阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)影響關(guān)系曲線。

圖6 滲透率與阻力系數(shù)的關(guān)系

圖7 滲透率與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系

由圖6、圖7可知：BHEC和HEC溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)均隨著巖石孔隙介質(zhì)的滲透率的升高而單調(diào)降低。相同滲透率條件下，BHEC的阻力系數(shù)為12～21，HEC的阻力系數(shù)為6～10，BHEC遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HEC的阻力系數(shù)，而殘余阻力系數(shù)測試結(jié)果與阻力系數(shù)相似，BHEC的殘余阻力系數(shù)(6～10)也遠(yuǎn)大于HEC的殘余阻力系數(shù)(1～3)。

2.2.3注入速率的影響

實驗選取聚合物質(zhì)量濃度為4 g/L的BHEC和HEC溶液，選定滲透率為1.8 μm2，溫度為50 ℃，在不同注入速率條件下，測定聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

圖8和圖9是注入速率對兩種聚合物阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的影響曲線。由圖8、圖9可以看出：BHEC和HEC溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)隨著注入速率的增加而單調(diào)增大，但增大幅度并不明顯。在相同注入速率條件下，BHEC的阻力系數(shù)(20～23)和殘余阻力系數(shù)(9～12)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HEC的阻力系數(shù)(5～7)和殘余阻力系數(shù)(2～4)。

圖8 注入速率與阻力系數(shù)的關(guān)系

圖9 注入速率與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系

2.2.4溫度的影響

實驗選取聚合物濃度為4 g/L的BHEC和HEC溶液，選定滲透率為1.8 μm2，注入速率為0.5 mL/min，在不同溫度條件下，測定聚合物溶液的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

圖10和圖11為溫度對兩種聚合物阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)的影響曲線。由圖10、圖11可以看出：隨著溫度的上升，兩種聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)是單調(diào)下降的，且相同溫度下，BHEC的阻力系數(shù)為15～25，殘余阻力系數(shù)為5～10，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HEC的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

圖10 溫度與阻力系數(shù)的關(guān)系

圖11 溫度與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系

2.3 機理探討

疏水締合羥乙基纖維素的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)比羥乙基纖維素高很多。這是因為疏水締合羥乙基纖維素具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，在多種作用力的作用下，使得其分子間具有一定的強度，但又可以進(jìn)行可逆的物理締合(如圖12所示)。當(dāng)將疏水締合羥乙基纖維素溶解于水中時，其能夠形成超分子聚集體空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種分子結(jié)構(gòu)使得這種聚合物具有一定的黏彈性。疏水締合羥乙基纖維素溶液在多孔隙介質(zhì)中流動時，能夠增加孔隙的滲流阻力。當(dāng)溶液經(jīng)過孔喉等狹窄處時，由于剪切力的作用，使得疏水締合羥乙基纖維素的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，分子間的締合作用削弱，即解締合，但當(dāng)通過這些狹窄處后，由于聚合物溶液的黏彈性，使得原本被破壞的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠重新形成，分子間重新締合在一起，表觀黏度也就隨之恢復(fù)。這種具有黏彈性的聚合物分子能夠有效地增加油層中的滲流阻力，有利于提高驅(qū)動液的波及系數(shù)，提高原油采收率。

圖12 分子締合與解締合示意

3 結(jié) 論

a.BHEC阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)均隨著聚合物質(zhì)量濃度的增加而增大，當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度較低(低于臨界締合濃度4 g/L)時，BHEC和HEC的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)差別不大，隨著濃度超過BHEC臨界締合濃度，其阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)開始急劇上升，而HEC則延續(xù)之前的趨勢緩慢增加。

b.BHEC的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)隨著滲透率的增大單調(diào)減小。相同巖石孔隙介質(zhì)滲透率下，BHEC的阻力系數(shù)為12～21，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HEC的阻力系數(shù)(6～10)，殘余阻力系數(shù)與阻力系數(shù)類似，BHEC的殘余阻力系數(shù)(6～10)比HEC的殘余阻力系數(shù)(1～3)也大得多。

c.隨著注入速率的增加，BHEC的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)單調(diào)遞增，但是增加幅度較小。此外，相同注入速率下，BHEC的阻力系數(shù)(20～23)和殘余阻力系數(shù)(9～12)比HEC的阻力系數(shù)(5～7)和殘余阻力系數(shù)(2～4)大得多。

d.隨著體系溫度的上升，聚合物的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)單調(diào)下降，且BHEC的阻力系數(shù)(15～25)，殘余阻力系數(shù)(5～10)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HEC。

參 考 文 獻(xiàn)

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